(57)【要約】  【課題】  反応管内に配管された挿入管へ挿入される挿入物の位置決めと、挿入管内の洗浄や液抜きが容易にできる反応管を備えた基板処理装置を提供する。  【解決手段】  基板を処理する反応管１の内部には、各種センサを挿入するための挿入管２が配管されている。この挿入管２は反応管１の下部で外部に露出した部分が開口部Ａ１となって反応管１の内部を貫通し、反応管１の上部より外部に開口部Ａ２が露出している。そして、開口部Ａ１から熱電対などを挿入して反応室１の内部温度を測定できるように構成されている。このように構成された挿入管２は、開口部Ａ１から挿入された熱電対は、開口部Ａ１からの押込み操作と開口部Ａ２からの引っ張り操作とによって正確な位置に挿入することができる。また、この挿入管２は両端が開口されているので、管内に異物が付着し難いと共に、洗浄水やドライエアーによる管内洗浄を容易に行うことができる。【選択図】    図１
2007066980.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を収容して所定の処理を施す処理容器と、
前記処理容器の内部雰囲気とは隔離されて該処理容器の内部に配管されている挿入管とを備え、
前記挿入管は、前記処置容器の少なくとも２箇所の外壁を貫通し、両端が大気に対して開放されている
ことを特徴とする基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱手段により加熱された反応管の反応室内に所定のガスを供給して基板の処理を行う基板処理装置に関し、特に、反応管に改良を加えた基板処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、基板処理装置として、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法によって反応室内の基板を処理する縦型基板処理装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この縦型基板処理装置は、反応管の周囲に設置されたヒータによって反応室内を加熱すると共に、反応管のバッファ室でプラズマを発生させてイオン化したガスを反応室内へ供給し、反応室内の基板に所望の処理を施している。このとき、温度測定用熱電対によって反応室内の雰囲気温度を常時監視して最適な温度制御を行い、基板の処理を実行している。従って、反応管の内部には温度測定用熱電対を挿入するためのポートが設けられている。このポートには温度測定用熱電対以外にガス濃度センサやガス流量センサなど各種のセンサ素子が挿入されている。これらのセンサ素子を挿入するポートは主に１／４〜１／２インチ程度の細管で構成されていて、それらの細管は反応管の内部で終端が閉じられている。
【０００３】
図２は、従来の縦型基板処理装置における反応管の概略的な断面図である。この図では、本発明と直接的には関係のないヒータや反応室やバッファ室などは全て省略されている。図２に示すように、反応管１１の内部には、例えば温度測定用熱電対を挿入するための挿入管１２が設けられている。この挿入管１２は、反応管１１の下部で外部に露出された部分が開口部Ｂとなって反応管１１内に配管され、反応管１１の内部において終端が閉じられている。そして、挿入管１２の開口部Ｂから温度測定用熱電対を挿入して反応室１１の内部温度を測定できるように構成されている。もちろん、図示していないが、温度測定用熱電対を挿入するための挿入管１２以外に、ガス濃度センサやガス流量センサなど各種のセンサ素子を挿入するための各種の挿入管が反応管１１の内部に配管されている。また、ＣＶＤによってプラズマを発生させるための電極を挿入する挿入管も反応管１１の内部のバッファ室（図示せず）に配置されている。これらの挿入管はいずれも反応管１１の内部において終端が閉じられている。
【特許文献１】特開２００４−１２４２３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、反応管の内部に配管された挿入管の一方の端部のみに挿入用の開口部があって他方の終端が閉じられていると、ゴミなどの不要な挿入物が挿入管の中に詰った場合、例えば、温度測定用熱電対などを所定の位置まで挿入することができなくなってしまう。従って、反応室内における正常な位置の温度測定を行うことができなくなり、結果的に、反応室内で処理された基板の製造歩留りが低下してしまう。そのため、挿入管の中に詰った異物を除去してから温度測定用熱電対などを挿入しなければならないので、メンテナンスのために不要な時間を費やしてしまうことになる。
【０００５】
また、挿入管の終端が閉じられていると、空気の抜け道がないために挿入管の中に洗浄液が入りにくくなり、挿入管の中に詰った異物をきれいに取り除くことが出来ないこともある。さらに、挿入管の中に入った洗浄液が抜けきらないで残ることもある。また、挿入管を洗浄した後の乾燥時においても、ドライエアーによって管内の吹き抜けを行うことができないため、洗浄作業にかなりの長い時間を要してしまう。
【０００６】
さらに、ＣＶＤによってプラズマを発生させるための電極を挿入する挿入管においても、終端が閉じられていると、ゴミなどの不要な挿入物が挿入管の中に詰った場合、プラズマの発生を低下させてガスのイオン化濃度が下がって基板の製造歩留りを低下させるおそれがある。このような事態を避けるために挿入管を洗浄しようとする場合も、前述と同様に洗浄の作業効率が低下してしまう。
【０００７】
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、反応管内に配置された各種の挿入管へ挿入される必要挿入物の位置決めが容易にできると共に、挿入管内の洗浄や液抜き作業が容易に行えるような反応管を備えた基板処理装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決するため、本発明に係る基板処理装置は、基板を収容して所定の処理を施す処理容器と、処理容器の内部雰囲気とは隔離されてその処理容器の内部に配管されている挿入管とを備え、挿入管は処置容器の少なくとも２箇所の外壁を貫通し両端が大気に対して開放された構成となっている。
【０００９】
すなわち、本発明の基板処理装置においては、基板の処理を行う処理容器（反応管）の内部に配管されている各種センサ用の挿入管や、ＣＶＤにおいてプラズマを発生させるための電極用の挿入管は、その両端が処理容器の外壁を貫通して大気に開放されている。これによって、挿入管の内部にゴミや水滴などの異物が付着し難くなり、かつ、挿入管の両端から押込み操作と引っ張り操作を行うことができるので、挿入管内へ挿入される各種センサや電極を容易に正常位置へ挿入することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の基板処理装置によれば、基板を処理する処理容器（反応管）が、反応管の外部において２方向以上から操作できる挿入管を備えているので、各種センサやプラズマ発生用の電極に対して押込みと引っ張りの操作を行うことができる。従って、これらの挿入物を挿入管内の正しい位置へ挿入することができるので、反応管内の各種の検出精度が向上すると共に正常なプラズマを発生させることができる。さらには、挿入管を洗浄するための洗浄液の進入と液抜きを容易に行うことができるので、これらの作業メンテナンスが軽減されると共に洗浄時の作業時間が短縮される。このようなことが相俟って、基板の製品歩留りが高い基板処理装置を実現することができる。
【００１１】
また、本発明の基板処理装置によれば、反応管本体の形状は標準的な反応管と共通しているため、既設の基板処理装置の設置場所へ容易に置き換えることができる。さらに、従来の挿入管の経路を延長して反応管を貫通させることも可能であるので、従来の各種センサや電極などの挿入物をそのまま利用して挿入管へ挿入することができる。また、これらの挿入物を挿入管の一方の開放口から挿入したときに他方の開放口から操作して、挿入物の位置決め微調整を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら、本発明における基板処理装置の実施の形態について詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の縦型基板処理装置における反応管の概略的な断面図である。この図では、本発明と直接的には関係のないヒータや反応室やバッファ室などは全て省略されている。図１に示すように、反応管１の内部には、例えば温度測定用熱電対を挿入するための挿入管２が設けられている。この挿入管２は、反応管１の下部で外部に露出した部分が開口部Ａ１となって反応管１の内部に配管され、反応管１の上部の外壁を貫通して開口部Ａ２が外部に露出している。
【００１４】
そして、挿入管２の開口部Ａ１から温度測定用熱電対を挿入して反応管１の内部温度を測定できるように構成されている。もちろん、図示していないが、温度測定用熱電対を挿入するための挿入管２以外に、各種のセンサ用の挿入管が反応管１の内部に配置され、反応管１の上部と下部で外部に露出した各開口部を有している。また、ＣＶＤによってプラズマを発生させるための電極を挿入する挿入管も反応管１の内部のバッファ室（図示せず）に配置されている。これらの挿入管はいずれも反応管１の内部を通って、反応管１の下部と上部で外部に露出した開口部を有している。
【００１５】
すなわち、本発明の基板処理装置における反応管１は、少なくとも２方向の挿入口を有する挿入管２が配置されている。言い換えれば、挿入管２は、反応管１の一方の外部（例えば、下部）において一方の先端の挿入口を設け、反応管１の他方の外部（例えば、上部）において他方の先端の挿入口を設けた構造となっている。
【００１６】
このように構成された挿入管２は、例えば、開口部Ａ１から挿入された温度測定用熱電対は、開口部Ａ１からの押込み操作と開口部Ａ２からの引っ張り操作とによって正確な位置に挿入することができる。従って、反応室内１における正常な位置の温度測定を行うことができ、結果的に、反応室１内で処理された基板を高い歩留で製造することができる。もちろん、ガス濃度やガス流量を検出するセンサを挿入する挿入管においても、少なくとも２方向から押し込み操作と引っ張り操作ができるように複数の開口部を有した構成となっている。また、プラズマ発生用の電極を挿入する挿入管も、少なくとも２方向から押し込み操作と引っ張り操作ができるように複数の開口部を有した構成となっている。
【００１７】
また、図１のように構成された挿入管２は、洗浄時においては、一方の開口部（例えば、開口部Ａ２）から洗浄液を注入した場合は他方の開口部（例えば、開口部Ａ１）が空気抜けとなるので、洗浄液が入りやすくなって挿入管２の内部を効果的、かつ、きれいに洗浄することができる。
【００１８】
さらに、挿入管２内の乾燥時においては、一方の開口部（例えば、開口部Ａ２）からドライエアーを吹き付けた場合は他方の開口部（例えば、開口部Ａ１）が空気抜けとなるので、挿入管２の内部に洗浄液や水が残留するおそれもなくなり、短時間で挿入管２の内部を乾燥させることができる。つまり、挿入管２の洗浄時において、洗浄液の進入と液抜きを効果的に行うことができるので、挿入管の内部の洗浄ムラを防止することができる。
【００１９】
次に、上記のように双方向からの挿入と引っ張り操作ができる挿入管を有する反応管を備えた基板処理装置の具体的な実施の形態について説明する。
【００２０】
図３は本発明の基板処理装置を示す斜視図であり、図４は本発明の基板処理装置を示す断面図である。従って、図３及び図４を用いて、本発明が適用される基板処理装置の一例である半導体製造装置についての概略を説明する。
【００２１】
筐体１０１の内部の前面側には、図示しない外部搬送装置との間で基板収納容器としてのカセット１００の授受を行う保持具授受部材としてのカセットステージ１０５が設けられ、このカセットステージ１０５の後側には昇降手段としてのカセットエレベータ１１５が設けられ、このカセットエレベータ１１５には搬送手段としてのカセット移載機１１４が取りつけられている。また、カセットエレベータ１１５の後側には、カセット１００の載置手段としてのカセット棚１０９が設けられると共に、カセットステージ１０５の上方にも予備カセット棚１１０が設けられている。予備カセット棚１１０の上方にはクリーンユニット１１８が設けられ、クリーンエアを筐体１０１の内部に流通させるように構成されている。
【００２２】
筐体１０１の後部上方には処理炉３０２が設けられ、この処理炉３０２の下方には基板としてのウエハ３００を水平姿勢で多段に保持する基板保持手段としてのボート３１７を処理炉３０２に昇降させる昇降手段としてのボートエレベータ１２１が設けられている。このボートエレベータ１２１に取りつけられた昇降部材１２２の先端部には、蓋体としてのシールキャップ３１９が取りつけられボート３１７を垂直に支持している。ボートエレベータ１２１とカセット棚１０９との間には昇降手段としての移載エレベータ１１３が設けられ、移載エレベータ１１３には搬送手段としてのウエハ移載機１１２が取りつけられている。また、ボートエレベータ１２１の横には、開閉機構を持ち処理炉３０２の下面を塞ぐ遮蔽部材としての炉口シャッタ１１６が設けられている。
【００２３】
ウエハ３００が装填されたカセット１００は、図示しない外部搬送装置からカセットステージ１０５にウエハ３００が上向き姿勢で搬入され、ウエハ３００が水平姿勢となるようカセットステージ１０５で９０°回転させられる。更に、カセット１００は、カセットエレベータ１１５の昇降動作、横行動作及びカセット移載機１１４の進退動作、回転動作の協働によりカセットステージ１０５からカセット棚１０９又は予備カセット棚１１０に搬送される。
【００２４】
カセット棚１０９にはウエハ移載機１１２の搬送対象となるカセット１００が収納される移載棚１２３があり、ウエハ３００が移載に供されるカセット１００は、カセットエレベータ１１５及びカセット移載機１１４により移載棚１２３に移載される。
【００２５】
カセット１００が移載棚１２３に移載されると、ウエハ移載機１１２の進退動作、回転動作及び移載エレベータ１１３の昇降動作の協働により移載棚１２３から降下状態の前記ボート３１７にウエハ３００を移載する。
【００２６】
ボート３１７に所定枚数のウエハ３００が移載されると、ボートエレベータ１２１によりボート３１７が処理炉３０２に挿入され、シールキャップ３１９により処理炉３０２が気密に閉塞される。気密に閉塞された処理炉３０２内ではウエハ３００が加熱されると共に、処理ガスが処理炉３０２内に供給され、ウエハ３００に処理がなされる。
【００２７】
ウエハ３００への処理が完了すると、ウエハ３００は上記した作動の逆の手順により、ボート３１７から移載棚１２３のカセット１００に移載され、カセット１００はカセット移載機１１４により移載棚１２３からカセットステージ１０５に移載され、図示しない外部搬送装置により筐体１０１の外部に搬出される。尚、炉口シャッタ１１６は、ボート３１７が降下状態の際に処理炉３０２の下面を塞ぎ、外気が処理炉３０２内に巻き込まれるのを防止している。なお、カセット移載機１１４等の搬送動作は、搬送制御手段１２４により制御される。
【００２８】
次に、本発明の実施の形態にて行ったウエハ等の基板へのプロセス処理例としてＣＶＤ法の中の１つであるＡＬＤ法を用いた成膜処理について簡単に説明する。
【００２９】
ＡＬＤ法は、ある成膜条件（温度、時間等）の下で、成膜に用いる２種類（またはそれ以上）の原料となるガスを１種類ずつ交互に基板上に供給し、１原子層単位で吸着させ、表面反応を利用して成膜を行う手法である。すなわち、利用する化学反応は、例えばＳｉＮ（窒化珪素）膜形成の場合ＡＬＤ法ではＤＣＳ（ＳｉＨ2Ｃｌ2、ジクロルシラン）とＮＨ3（アンモニア）を用いて３００〜６００℃の低温で高品質の成膜が可能である。また、ガス供給は、複数種類の反応性ガスを１種類ずつ交互に供給する。そして、膜厚制御は、反応性ガス供給のサイクル数で制御する。（例えば、成膜速度が１Å／サイクルとすると、２０Åの膜を形成する場合、処理を２０サイクル行う。）
【００３０】
以下、ＡＬＤ法が適用される本発明の基板処理装置の実施の形態について説明する。図５は、ＡＬＤ法が適用される本発明の実施の形態にかかる縦型基板処理装置における処理炉部分の縦断面を示す概略構成図である。また、図６は、ＡＬＤ法が適用される本発明の実施の形態にかかる縦型基板処理装置における処理炉部分の横断面を示す概略構成図である。従って、図５と図６を用いて本発明が適用される縦型基板処理装置における処理炉部分について説明する。なお、図５および図６の説明においては、本発明が適用される処理炉における処理例を中心に説明する都合上、本発明が適用される各種センサ用の挿入管２を省略している。
【００３１】
加熱手段であるヒータ２０７の内側に、基板であるウエハ２００を処理する反応容器として反応管２０３が設けられ、この反応管２０３の下端開口は蓋体であるシールキャップ２１９により気密部材であるＯリング２２０を介して気密に閉塞され、少なくとも、このヒータ２０７、反応管２０３、及びシールキャップ２１９により処理炉２０２を形成している。シールキャップ２１９には石英キャップ２１８を介して基板保持手段であるボート２１７が立設され、石英キャップ２１８はボートを保持する保持体となっている。そして、ボート２１７は処理炉２０２に挿入される。ボート２１７にはバッチ処理される複数のウエハ２００が水平姿勢で管軸方向に多段に積載される。ヒータ２０７は処理炉２０２に挿入されたウエハ２００を所定の温度に加熱する。
【００３２】
そして、処理炉２０２へは複数種類、ここでは２種類のガスを供給する供給管としての２本のガス供給管２３２ａ、２３２ｂが設けられる。ここでは第１のガス供給管２３２ａからは流量制御手段である第１のマスフローコントローラ２４１ａ及び開閉弁である第１のバルブ２４３ａを介し、更に後述する処理炉２０２内に形成されたバッファ室２３７を介して処理炉２０２に反応ガスが供給される。また、第２のガス供給管２３２ｂからは流量制御手段である第２のマスフローコントローラ２４１ｂ、開閉弁である第２のバルブ２４３ｂ、ガス溜め２４７、及び開閉弁である第３のバルブ２４３ｃを介し、更に後述するガス供給部２４９を介して処理炉２０２に反応ガスが供給されている。
【００３３】
処理炉２０２はガスを排気する排気管であるガス排気管２３１により第４のバルブ２４３ｄを介して排気手段である真空ポンプ２４６に接続され、真空排気されるようになっている。なお、この第４のバルブ２４３ｄは弁を開閉して処理炉２０２の真空排気・真空排気停止ができ、更に弁開度を調節して圧力調整可能になっている開閉弁である。
【００３４】
処理炉２０２を構成している反応管２０３の内壁とウエハ２００との間における円弧状の空間には、反応管２０３の下部より上部の内壁にウエハ２００の積載方向に沿って、ガス分散空間であるバッファ室２３７が設けられており、そのバッファ室２３７のウエハ２００と隣接する壁の端部にはガスを供給する供給孔である第１のガス供給孔２４８ａが設けられている。この第１のガス供給孔２４８ａは反応管２０３の中心へ向けて開口している。この第１のガス供給孔２４８ａは、下部から上部にわたってそれぞれ同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。
【００３５】
そして、バッファ室２３７の第１のガス供給孔２４８ａが設けられた端部と反対側の端部には、ノズル２３３が、やはり反応管２０３の下部より上部にわたりウエハ２００の積載方向に沿って配設されている。そして、ノズル２３３には複数のガスを供給する供給孔である第２のガス供給孔２４８ｂが設けられている。この第２のガス供給孔２４８ｂの開口面積は、バッファ室２３７と処理炉２０２の差圧が小さい場合には、上流側から下流側まで同一の開口面積で同一の開口ピッチにするとよいが、差圧が大きい場合には上流側から下流側に向かって開口面積を大きくするか、開口ピッチを小さくするとよい。
【００３６】
本発明において、第２のガス供給孔２４８ｂの開口面積や開口ピッチを上流側から下流にかけて調節することで、まず、第２の各ガス供給孔２４８ｂよりガスの流速の差はあるが、流量はほぼ同量であるガスを噴出させる。そして、この各第２のガス供給孔２４８ｂから噴出するガスをバッファ室２３７に噴出させて一旦導入し、前記ガスの流速差の均一化を行うこととした。
【００３７】
すなわち、バッファ室２３７において、各第２のガス供給孔２４８ｂより噴出したガスはバッファ室２３７で各ガスの粒子速度が緩和された後、第１のガス供給孔２４８ａより処理炉２０２に噴出する。この間に、各第２のガス供給孔２４８ｂより噴出したガスは、各第１のガス供給孔２４８ａより噴出する際には、均一な流量と流速とを有するガスとすることができる。
【００３８】
さらに、バッファ室２３７に、細長い構造を有する第１の電極である第１の棒状電極２６９及び第２の電極である第２の棒状電極２７０が上部より下部にわたって電極を保護する保護管である電極保護管２７５に保護されて配設され、この第１の棒状電極２６９又は第２の棒状電極２７０のいずれか一方は整合器２７２を介して高周波電源２７３に接続され、他方は基準電位であるアースに接続されている。この結果、第１の棒状電極２６９及び第２の棒状電極２７０間のプラズマ生成領域２２４にプラズマが生成される。
【００３９】
この電極保護管２７５は、第１の棒状電極２６９及び第２の棒状電極２７０のそれぞれをバッファ室２３７の雰囲気と隔離した状態でバッファ室２３７に挿入できる構造となっている。ここで、電極保護管２７５の内部は外気（大気）と同一雰囲気であると、電極保護管２７５にそれぞれ挿入された第１の棒状電極２６９及び第２の棒状電極２７０はヒータ２０７の加熱で酸化されてしまう。そこで、電極保護管２７５の内部は窒素などの不活性ガスを充填あるいはパージし、酸素濃度を充分低く抑えて第１の棒状電極２６９又は第２の棒状電極２７０の酸化を防止するための不活性ガスパージ機構が設けられる。なお、図５および図６中、電極保護管２７５に関しては、一端が閉塞された管が用いられているが、電極保護管２７５においても図１に示されている如く、両端が開放されている管を用いても良いのは勿論である。
【００４０】
さらに、第１のガス供給孔２４８ａの位置より、反応管２０３の内周を１２０°程度回った内壁に、ガス供給部２４９が設けられている。このガス供給部２４９は、ＡＬＤ法による成膜においてウエハ２００へ、複数種類のガスを１種類ずつ交互に供給する際に、バッファ室２３７とガス供給種を分担する供給部である。
【００４１】
このガス供給部２４９もバッファ室２３７と同様にウエハと隣接する位置に同一ピッチでガスを供給する供給孔である第３のガス供給孔２４８ｃを有し、下部では第２のガス供給管２３２ｂが接続されている。
【００４２】
第３のガス供給孔２４８ｃの開口面積はバッファ室２３７と処理炉２０２の差圧が小さい場合には、上流側から下流側まで同一の開口面積で同一の開口ピッチとするとよいが、差圧が大きい場合には上流側から下流側に向かって開口面積を大きくするか開口ピッチを小さくするとよい。
【００４３】
反応管２０３内の中央部には複数枚のウエハ２００を多段に同一間隔で載置するボート２１７が設けられており、このボート２１７は図中省略のボートエレベータ機構により反応管２０３に出入りできるようになっている。また、処理の均一性を向上するためにボート２１７を回転するための回転手段であるボート回転機構２６７が設けてあり、ボート回転機構２６７を回転することにより、石英キャップ２１８に保持されたボート２１７を回転するようになっている。
【００４４】
制御手段であるコントローラ４２１は、第１、第２のマスフローコントローラ２４１ａ、２４１ｂ、第１〜第４のバルブ２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｃ、２４３ｄ、ヒータ２０７、真空ポンプ２４６、ボート回転機構２６７、図中省略のボート昇降機構、高周波電源２７３、整合器２７２に接続されており、第１、第２のマスフローコントローラ２４１ａ、２４１ｂの流量調整、第１〜第３のバルブ２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｃの開閉動作、第４のバルブ２４３ｄの開閉及び圧力調整動作、ヒータ２０７温度調節、真空ポンプ２４６の起動・停止、ボート回転機構２６７の回転速度調節、ボート昇降機構の昇降動作制御、高周波電源２７３の電力供給制御、及び整合器２７２によるインピーダンス制御などが行われる。
【００４５】
次にＡＬＤ法による成膜例について、ＤＣＳ及びＮＨ3ガスを用いてＳｉＮ膜を成膜する例で説明する。
【００４６】
まず、成膜しようとするウエハ２００をボート２１７に装填し、処理炉２０２に搬入する。搬入後、次の３つのステップを順次実行する。
【００４７】
［ステップ１］
ステップ１では、プラズマ励起の必要なＮＨ3ガスと、プラズマ励起の必要のないＤＣＳガスとを併行して流す。まず第１のガス供給管２３２ａに設けた第１のバルブ２４３ａ、及びガス排気管２３１に設けた第４のバルブ２４３ｄを共に開けて、第１のガス供給管２３２ａから第１のマスフローコントローラ２４３ａにより流量調整されたＮＨ3ガスをノズル２３３の第２のガス供給孔２４８ｂからバッファ室２３７へ噴出し、第１の棒状電極２６９及び第２の棒状電極２７０間に高周波電源２７３から整合器２７２を介して高周波電力を印加してＮＨ3をプラズマ励起し、活性種として処理炉２０２に供給しつつガス排気管２３１から排気する。ＮＨ3ガスをプラズマ励起することにより活性種として流すときは、第４のバルブ２４３ｄを適正に調整して処理炉２０２内圧力を１０〜１００Ｐａとする。第１のマスフローコントローラ２４１ａで制御するＮＨ3の供給流量は１０００〜１００００ｓｃｃｍである。ＮＨ3をプラズマ励起することにより得られた活性種にウエハ２００を晒す時間は２〜１２０秒間である。このときのヒータ２０７温度はウエハが３００〜６００℃になるよう設定してある。ＮＨ3は反応温度が高いため、上記ウエハ温度では反応しないので、プラズマ励起することにより活性種としてから流すようにしており、このためウエハ温度は設定した低い温度範囲のままで行える。
【００４８】
このＮＨ3をプラズマ励起することにより活性種として供給しているとき、第２のガス供給管２３２ｂの上流側の第２のバルブ２４３ｂを開け、下流側の第３のバルブ２４３ｃを閉めてＤＣＳも流すようにする。これにより、第２、第３のバルブ２４３ｂ、２４３ｃ間に設けたガス溜め２４７にＤＣＳを溜める。このとき、処理炉２０２内に流しているガスはＮＨ3をプラズマ励起することにより得られた活性種であり、ＤＣＳは存在しない。したがって、ＮＨ3は気相反応を起こすことはなく、プラズマにより励起され活性種となったＮＨ3はウエハ２００上の下地膜と表面反応する。
【００４９】
［ステップ２］
ステップ２では、第１のガス供給管２３２ａの第１のバルブ２４３ａを閉めて、ＮＨ3の供給を止めるが、引続きガス溜め２４７へ供給を継続する。ガス溜め２４７に所定圧、所定量のＤＣＳが溜まったら上流側の第２のバルブ２４３ｂも閉めて、ガス溜め２４７にＤＣＳを閉じ込めておく。また、ガス排気管２３１の第４のバルブ２４３ｄは開いたままにし真空ポンプ２４６により、処理炉２０２を２０Ｐａ以下に排気し、残留ＮＨ3を処理炉２０２から排除する。また、このときにはＮ2等の不活性ガスを処理炉２０２に供給すると、更に残留ＮＨ3を排除する効果が高まる。ガス溜め２４７内には、圧力が２００００Ｐａ以上になるようにＤＣＳを溜める。また、ガス溜め２４７と処理炉２０２との間のコンダクタンスが１．５×１０-3ｍ3／ｓ以上になるように装置を構成する。また、反応管２０３の容積とこれに対する必要なガス溜め２４７の容積との比として考えると、反応管２０３の容積１００ｋｌ（リットル）の場合においては、１００〜３００ｃｃであることが好ましく、容積比としてはガス溜め２４７は反応室容積の１／１０００〜３／１０００倍とすることが好ましい。
【００５０】
［ステップ３］
ステップ３では、処理炉２０２の排気が終わったらガス排気管２３１の第４のバルブ２４３ｄを閉じて排気を止める。第２のガス供給管２３２ｂの下流側の第３のバルブ２４３ｃを開く。これによりガス溜め２４７に溜められたＤＣＳが処理炉２０２に一気に供給される。このときガス排気管２３１の第４のバルブ２４３ｄが閉じられているので、処理炉２０２内の圧力は急激に上昇して約９３１Ｐａ（７Ｔｏｒｒ）まで昇圧される。ＤＣＳを供給するための時間は２〜４秒設定し、その後上昇した圧力雰囲気中に晒す時間を２〜４秒に設定し、合計６秒とした。
【００５１】
このときのウエハ温度はＮＨ3の供給時と同じく、３００〜６００℃である。ＤＣＳの供給により、下地膜上のＮＨ3とＤＣＳとが表面反応して、ウエハ２００上にＳｉＮ膜が成膜される。成膜後、第３のバルブ２４３ｃを閉じ、第４のバルブ２４３ｄを開けて処理炉２０２を真空排気し、残留するＤＣＳの成膜に寄与した後のガスを排除する。また、このときにはＮ2等の不活性ガスを処理炉２０２に供給すると、更に残留するＤＣＳの成膜に寄与した後のガスを処理炉２０２から排除する効果が高まる。また第２のバルブ２４３ｂを開いてガス溜め２４７へのＤＣＳの供給を開始する。
【００５２】
上記ステップ１〜３を１サイクルとし、このサイクルを複数回繰り返すことによりウエハ上に所定膜厚のＳｉＮ膜を成膜する。
【００５３】
ＡＬＤ装置では、ガスは下地膜表面に吸着する。このガスの吸着量は、ガスの圧力、及びガスの暴露時間に比例する。よって、希望する一定量のガスを、短時間で吸着させるためには、ガスの圧力を短時間で大きくする必要がある。この点で、本実施の形態では、第４のバルブ２４３ｄを閉めたうえで、ガス溜め２４７内に溜めたＤＣＳを瞬間的に供給しているので、処理炉２０２内のＤＣＳの圧力を急激に上げることができ、希望する一定量のガスを瞬間的に吸着させることができる。
【００５４】
また、本実施の形態では、ガス溜め２４７にＤＣＳを溜めている間に、ＡＬＤ法で必要なステップであるＮＨ3ガスをプラズマ励起することにより活性種として供給、及び処理炉２０２の排気をしているので、ＤＣＳを溜めるための特別なステップを必要としない。また、処理炉２０２内を排気してＮＨ3ガスを除去しているからＤＣＳを流すので、両者はウエハ２００に向かう途中で反応しない。供給されたＤＣＳは、ウエハ２００に吸着しているＮＨ3とのみ有効に反応させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の縦型基板処理装置における反応管の概略的な断面図である。
【図２】従来の縦型基板処理装置における反応管の概略的な断面図である。
【図３】本発明の基板処理装置を示す斜視図である。
【図４】本発明の基板処理装置を示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態にかかる縦型基板処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を縦断面で示した図である。
【図６】本発明の実施の形態にかかる縦型の基板処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を横断面で示した図である。
【符号の説明】
【００５６】
１、１１  反応管、２、１２  挿入管、１００  カセット、１０１  筐体、１０５  カセットステージ、１０９  カセット棚、１１０  予備カセット棚、１１２  ウエハ移載機、１１３  移載エレベータ、１１４  カセット移載機、１１５  カセットエレベータ、１１６  炉口シャッタ、１１８  クリーンユニット、１２１  ボートエレベータ、１２２  昇降部材、１２３  移載棚、１２４  搬送制御手段、２００  ウエハ、２０２  処理炉、２０３  反応管、２０７  ヒータ、２１７  ボート、２１８  石英キャップ、２１９  シールキャップ、２２０  Ｏリング、２２４  プラズマ生成領域、２３１  ガス排気管、２３２ａ  第１のガス供給管、２３２ｂ  第２のガス供給管、２３３  ノズル、２３７  バッファ室、２４１ａ  第１のマスフローコントローラ、２４１ｂ  第２のマスフローコントローラ、２４３ａ  第１のバルブ、２４３ｂ  第２のバルブ、２４３ｃ  第３のバルブ、２４３ｄ  第４のバルブ、２４６  真空ポンプ、２４７  ガス溜め、２４８ａ  第１のガス供給孔、２４８ｂ  第２のガス供給孔、２４８ｃ  第３のガス供給孔、２４９  ガス供給部、２６７  ボート回転機構、２６９  第１の棒状電極、２７０  第２の棒状電極、２７１  アース、２７２  整合器、２７３    高周波電源、２７５  電極保護管、３００  ウエハ、３０２  処理炉、３１７    ボート、３１９  シールキャップ、４２１  コントローラ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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